JP6343400B2 - ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス - Google Patents

ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス Download PDF

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Description

本発明は、循環流動層反応器を用いたナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを通してエチレンおよびプロピレンなどの軽質オレフィンを調製する方法に関する。
エチレンやプロピレンなどの軽質オレフィンは、石油化学産業における基本的な原料であり、800℃以上で実施される高温熱分解プロセスによって主にナフサから製造されている。この時、当該プロセスは吸熱反応であり、エネルギー消費が大きいことを示している。近年、エチレンを選択的に製造する天然ガスクラッカーの増加により、ナフサクラッカーの競争力が減少している。そこで、プロピレンを選択的に製造できるオレフィンの新規な製造方法の開発が求められている。
近年、韓国化学技術研究所、SKイノベーション、KBRは、ACOTM(Advanced Catalytic Olefins(改良型触媒オレフィン))プロセス、触媒ナフサクラッキングプロセスを開発し、それは、従来の熱分解プロセス(韓国特許第10-0651329号、韓国特許第10-0632563号)に比べて、プロピレンの収率を少なくとも100%向上させている。
一方で、MTO(Methanol to Olefin(メタノールからオレフィン))技術が、オレフィンを調製するための新規の技術として導入されており、ここでメタノールは、石炭または天然ガスからガス化または改質を通して製造され、上記で得られたメタノールから軽質オレフィンが製造されている。軽質オレフィンを製造するためのナフサの熱分解プロセスは吸熱反応であり、メタノールから軽質オレフィンを製造するためのMTO反応は発熱反応である。したがって、反応中に大量の熱が生成され、これを除去しなければならない。MTOプロセスは、米国のUOP、および中国のDICPなどで開発されており、現在はオレフィンの工業生産のために全面的に運用されている。
上述したように、炭化水素クラッキングプロセスは吸熱反応であり、メタノールクラッキングプロセスは発熱反応である。したがって、熱中和のために上記2つのプロセスのカップリング反応が提案されている。Nowakらによれば、C4炭化水素がメタノール転化プロセス(Appl.Catal.A,50,(1989)149-155)において添加される場合、熱中和が可能である。このプロセスにメタノールとn−ブタンを1:3の割合で添加するとき、軽質オレフィンの製造のためのクラッキング反応を余分なエネルギー供給または除去なしで誘発することができる。
しかしながら、炭化水素であるナフサクラッキングプロセスよりもメタノールクラッキングプロセスの方が速く進む。したがって、2つの単純なカップリング反応は多くの副産物を生成するため、軽質オレフィンの収率増加において不利である。
そこで、本発明者らは、ナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスについて検討した。研究の過程で、循環流動層反応器を用いてナフサおよびメタノールのクラッキング反応を同時に実施し、反応器内のナフサおよびメタノールの導入位置を調節することにより、軽質オレフィンの収率を増加できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の目的は、ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスにおけるメタノールの急速なクラッキング反応に付随するメタン、エタン、およびプロパンなどの軽質飽和炭化水素の生成を最小限にして、軽質オレフィンの収率を増加させる方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を用いたナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを提供し、ここで、ナフサは反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給され、メタノールは反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。
本発明はまた、反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を用いたナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスによって製造される軽質オレフィンを提供し、ここで、ナフサは反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給され、メタノールは反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。
さらに、本発明は、反応器、ストリッパー、および反応器を含む循環流動層反応器を用いたナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴う、ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを介して軽質オレフィンの収率を増加させる方法を提供し、ここで、ナフサは反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給され、メタノールは反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。
本発明によって提供される触媒クラッキング反応プロセスは、循環流動層反応器を使用し、ナフサおよびメタノールの反応器内での異なる導入位置を有することによって、ナフサおよびメタノールを同時にクラックすることができ、これは熱中和のために有利であるため、エネルギー消費が最小化され、また、軽質オレフィンの収率も、メタン、エタンおよびプロパンなどの軽質飽和炭化水素の生成を抑制することによって改善することができる。
図1は、本発明の触媒クラッキング反応プロセスにおいて使用される循環流動層反応器の実施例を示す概略図である。 図2は、比較例1に記載されたのと同じ条件下で、メタノールと軽質ナフサの重量比が0%から100%まで変化される間の反応器の入口温度と出口温度との差を示すグラフである。
図3は、本発明の実施例1〜4および比較例1および2のプロセスのメタンの収率を示すグラフである。 図4は、本発明の実施例1〜4および比較例1および2のプロセスの軽質オレフィンの収率を示すグラフである。
図5は、本発明の実施例1〜4および比較例1および2のプロセス後の反応器温度の変化を示すグラフである。
本発明は、反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を用いたナフサおよびメタノールの同時クラッキングを伴う、ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを提供し、ここで、ナフサは反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給され、メタノールは反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。
この時のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを実施する循環流動層反応器の例を図1に示す。
以下、循環流動層反応器の例を示す図1の概略図を参照して、本発明のクラッキング反応プロセスをより詳細に説明する。
反応速度および反応熱が異なるナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応における、エネルギー効率を増加させるために、従来の技術および方法は熱中和の実現にのみに焦点を当てていた。しかしながら、熱中和のためだけに提案されたこのアイデアは、2つの反応物を同時に導入した後に軽質オレフィンを高収率で得るには不十分であるため、各反応物の反応速度を考慮して正確に接触時間を調節する必要がある。
前記問題を克服するために、本発明は循環流動層反応器を使用し、ナフサおよびメタノールの両方と触媒との接触タイミングをより正確に制御するために、炭化水素およびメタノールの導入位置を調節した。
ナフサおよびメタノールのクラッキング反応の際に、反応物と触媒との接触時間が短いと、クラッキング反応が円滑にならず、中間生成物である、エチレンやプロピレンなどの軽質オレフィンが完全にクラッキングされない。一方で、両者間の接触時間が長すぎると、副反応が誘発され、大量の望ましくない副産物が生じる。したがって、反応物と触媒との間の接触時間を調節することが重要である。
特に、メタノールのクラッキング速度は、炭化水素であるナフサのクラッキング速度よりも少なくとも10倍速い。2つの反応物が同時に導入される場合、メタノールはより長く滞在し、メタン、エタンおよびプロパンなどの軽質飽和炭化水素の生成およびBTXの生成が増加する。この問題を解決するためには、メタノールの滞在を短くする必要があり、ナフサおよびメタノールの導入位置を調整することが好ましい。
本発明の触媒クラッキング反応プロセスで使用される循環流動層反応器(100)は、好ましくは、反応器(10)、ストリッパー(20)、および再生器(30)を含む。
本明細書において、反応器(10)は、好ましくはライザー(riser)であり得る。ライザーの長さは、好ましくは5〜15mで、直径は1/4〜1インチであるが、必ずしもこれらに限定されない。反応器(10)はまた、ナフサおよびメタノールがそれを通して供給される管を含むことができる。本発明の触媒クラッキング反応プロセスにおけるナフサおよびメタノールの導入位置は変化するため、ナフサおよびメタノールの供給のための管が別々に形成される。
ストリッパー(20)は、ナフサおよびメタノールから生成された生成ガスを排出するシリンダー(21)を含むことができる。再生器(30)は、ストリッパーの下方に位置づけられ、反応器は、ストリッパーと再生器を分離し、触媒と燃料ガスの循環流を調節するためのバルブ(22)をさらに含むことができる。
再生器(30)は、燃料ガス(ナフサおよびメタノール)を排出するシリンダ(31)を含むことができる。再生器には触媒が充填され、下部にはそれを通して空気が供給される管が設けられている。反応器(10)は、好ましくは、再生器の下部に接続される。再生器は、再生器および反応器を分割し、触媒および燃料ガスの循環を調節するためのバルブ(32)を含むこともできる。
本発明の触媒クラッキング反応プロセスでは、循環流動層反応器を、ナフサおよびメタノールを同時にクラックするために使用する。この時、ナフサは反応器の下部に供給され、メタノールはかかる下部から離れた別の位置に供給される。メタノールの導入位置は、反応温度、循環触媒の容量、反応物の導入量によって変化し得るが、好ましくは、反応器の全長の下部から10%〜80%の間の位置であり得る。異なる導入位置で熱中和を達成することができ、軽質オレフィンの収率を最も増加させることができる。
ナフサおよびメタノールの触媒との接触時間をより正確に調節するために、ナフサは、反応器の下部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給される。その間、メタノールは、反応器の下部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。より好ましくは、メタノールは、反応器の下部から反応器の全長の15%〜45%の間の位置で供給される。
この時、反応物として使用されるナフサはC〜C12の飽和炭化水素または不飽和炭化水素を含むことができ、それは、すべての種類のナフサ、軽質ナフサ、ラフィネート油およびこれらの混合物によって例示される。飽和炭化水素のみを使用する熱分解プロセスとは異なり、オレフィンを含む炭化水素を循環流動層触媒クラッキングプロセスにおける反応物として使用することができる。
一方で、ここで反応物として使用されるメタノールは、無水メタノールだけでなく、20%までの水分を含むメタノールであってもよい。
循環流動層反応器(100)においては、触媒が循環される。この時、触媒は好ましくはゼオライト触媒である。より正確には、触媒は、触媒成分としてZSM−5またはSAPO−34、バインダーおよびマトリックスとして含む直径20〜200μmの球形または楕円形に成形された触媒であり得るが、これに限定されない。
さらに、ナフサおよびメタノールの供給比は、好ましくは、1(重量部):0.2〜1.4(重量部)である。ナフサおよびメタノールの供給比が1:0.2未満である場合、メタノールの発熱反応による発熱量が減少するため、反応温度を維持するためのエネルギー消費量が増加する。一方で、ナフサおよびメタノールの供給比が1:1.4より大きい場合、COおよびCHなどの副産物の量が増加する。
ナフサおよびメタノールの反応を空間速度5h−1〜30h−1で600〜700℃の温度で誘導することも好ましい。反応器中のナフサおよびメタノールの滞留時間は、好ましくは1〜5秒である。ナフサおよびメタノールの反応温度が600℃より低いと、転化率が低下し、目的物の収率が急速に低下することを示す。
温度が700℃より高いと、反応物のほとんどがコークスに転化し、目的物の収率の低下につながる。ナフサおよびメタノールの反応の空間速度が5h−1未満であると、メタノールの速やかな転化によりコークスの生成が促進される。一方、空間速度が30h−1より高いと、ナフサの転化率が著しく低下する。
本発明はまた、反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を用いた、ナフサおよびメタノールを同時にクラッキングするナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスによって製造された軽質オレフィンを提供し、ここでナフサは反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給されし、メタノールは反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。
本発明が提供する触媒クラッキング反応プロセスは、循環流動層反応器を使用し、ナフサおよびメタノールを反応器内で異なる導入位置にすることによりナフサおよびメタノールを同時にクラックすることができ、熱中和に有利であり、エネルギー消費がメタン、エタンおよびプロパンなどの軽質飽和炭化水素の生成を抑制することによって軽質オレフィンの収率を改善することができる。このようにして、調製された軽質オレフィンを経済的に使用することができる。
さらに、本発明は、ナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスを介して軽質オレフィンの収率を増加させる方法であって、反応器、ストリッパー、および反応器を含む循環流動層反応器を用いた、ナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を行う方法を提供し、ここで、ナフサを反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置に供給し、メタノールを反応器の底部から反応器の全長の10%〜80%の間の一に供給する。
以下、本発明の軽質オレフィンの収率を高める方法をより詳細に説明する。
反応速度と反応熱が異なるナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応におけるエネルギー効率を高めるために、従来の技術と方法は熱中和の実現にのみ焦点を当てていた。
しかしながら、熱中和のみの提案では、2つの反応物を同時に導入した後、軽質オレフィンを高収率で得るには不十分であり、各反応物の反応速度を考慮して正確に接触時間を調節する必要がある。
前記問題を克服するために、本発明は循環流動層反応器を使用し、ナフサおよびメタノールと触媒との接触時間をより正確に制御するために炭化水素とメタノールの導入位置を調節した。
ナフサおよびメタノールのクラッキング反応の際に、反応物と触媒との接触時間が短いと、クラッキング反応が円滑にならず、中間生成物である、エチレンやプロピレンなどの軽質オレフィンが完全にクラッキングされない。一方、両者間の接触時間が長すぎると、副反応が誘発され、大量の望ましくない副産物が生じる。したがって、反応物と触媒との間の接触時間を調節することが重要である。
特に、メタノールのクラッキング速度は、炭化水素であるナフサのクラッキング速度よりも少なくとも10倍速い。2つの反応物が同時に導入されると、メタノールはより長く滞在し、メタン、エタンおよびプロパンなどの軽質飽和炭化水素の生成およびBTXの生成が増加する。この問題を解決するためには、メタノールの滞在を短くする必要があり、ナフサやメタノールの導入位置を調整することが好ましい。
軽質オレフィンの収率を高めるために本発明で使用される循環流動層反応器(100)は、好ましくは、反応器(10)、ストリッパー(20)、および再生器(30)を含む。
本明細書において反応器(10)は、好ましくはライザーであり得る。ライザーの長さは、好ましくは5〜15m、直径は1/4〜1インチであるが、必ずしもこれらに限定されない。反応器(10)はまた、ナフサおよびメタノールがそれを通して供給される管を含むことができる。本発明の触媒クラッキング反応プロセスにおけるナフサおよびメタノールの導入位置は変化するため、ナフサおよびメタノールの供給のための管は別々に形成される。
ストリッパー(20)は、ナフサおよびメタノールから生成された生成ガスを排出するシリンダー(21)を含むことができる。再生器(30)は、ストリッパーの下方に位置し、反応器は、ストリッパーと再生器とを分離し、触媒と燃料ガスの循環流を調節するためのバルブ(22)をさらに含むことができる。
再生器(30)は、燃料ガス(ナフサおよびメタノール)を排出するためのシリンダ(31)を含むことができる。再生器には触媒が充填され、下部には空気が供給される管が設けられている。反応器(10)は、好ましくは、再生器の下部に接続される。再生器は、再生器および反応器を分割し、触媒および燃料ガスの循環を調節するためのバルブ(32)を含むこともできる。
本発明の軽質オレフィンの収率を増加させる方法において、循環流動層反応器を、ナフサおよびメタノールを同時にクラックするために使用する。この時、ナフサは反応器の下部に供給され、メタノールはかかる下部から離れた異なる位置に供給される。
メタノールの導入位置は、反応温度、循環触媒の容量、反応物の導入量によって異なるが、好ましくは、反応器の全長の下部から10%〜80%の間の位置である。異なる導入位置は、熱中和を達成することができ、軽質オレフィンの収率を最も増加させることができる。
ナフサおよびメタノールの接触時間をより正確に調節するために、ナフサは、反応器の下部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置で供給される。一方で、メタノールは、反応器の下部から反応器の全長の10%〜80%の間の位置で供給される。より好ましくは、メタノールは、反応器の下部から反応器の全長の15%〜45%の間の位置で供給される。
この時、反応物として使用されるナフサはC〜C12の飽和炭化水素または不飽和炭化水素を含むことができ、それは、全種類のナフサ、軽質ナフサ、ラフィネート油およびこれらの混合物によって例示される。飽和炭化水素のみを使用する熱分解プロセスとは異なり、オレフィンを含む炭化水素を循環流動層触媒クラッキングプロセスにおける反応物として使用することができる。
一方で、ここで反応物として使用されるメタノールは、無水メタノールだけでなく、20%までの水分を含むメタノールであってもよい。
循環流動層反応器(100)においては、触媒が循環される。この時、触媒はゼオライト触媒であることが好ましい。より正確には、触媒は、ZSM−5またはSAPO−34を触媒成分、バインダーおよびマトリックスとして含む、直径20〜200μmの球形または楕円形に成形された触媒であり得るが、これに限定されない。
さらに、ナフサおよびメタノールの供給比は、1(重量部):0.2〜1.4(重量部)であることが好ましい。ナフサおよびメタノールの供給比が1:0.2未満である場合、メタノールの発熱反応による発熱量が減少し、反応温度を維持するためのエネルギー消費量が増加する。一方で、ナフサおよびメタノールの供給比が1:1.4より大きい場合、COおよびCHなどの副産物の量が増加する。
ナフサおよびメタノールの反応を空間速度5h−1〜30h−1で600〜700℃の温度で誘導することも好ましい。反応器中のナフサおよびメタノールの滞留時間は、好ましくは1〜5秒である。ナフサおよびメタノールの反応温度が600℃より低い場合、転化率が低下し、目的物の収率が急速に低下することを示す。
温度が700℃より高いと、反応物のほとんどがコークスに転化し、目的物の収率の低下につながる。ナフサおよびメタノールの反応の空間速度が5h−1未満であると、メタノールの速やかな転化によりコークスの生成が促進される。一方で、空間速度が30h−1より高いと、ナフサの転化率が著しく低下する。
本発明の現実的かつ現時点で好ましい実施形態は、以下の実施例に示されるように例示的である。
しかしながら、当業者は、本開示を考慮して、本発明の精神および範囲内で改変および改良を行うことができることが理解されるであろう。
実施例1〜4:触媒クラッキング反応プロセス1〜4
本発明による触媒クラッキング反応プロセスを実施するために、図1の概略図に示されるような循環流動層反応器を準備した。
前記循環流動層反応器は、反応器、ストリッパーおよび再生器から構成され、その長さは7mで直径は1/2インチである。
この時、ACOTM法で用いられるHZSM−5を40重量%で含むACO−100を触媒として使用した。E−catの特性を調べるために、蒸気処理を、100%水蒸気雰囲気において、24時間800℃で実施し、そして3kgの触媒を再生器に導入した。
2つの反応物であるナフサおよびメタノール(MeOH)を異なる位置で導入するために、メタノール導入ノズルを異なる位置(下部から反応器の全長の20%、40%、60%、および80%の位置)に配置した。反応器に導入されたナフサは軽質ナフサであった。軽質ナフサおよびメタノールの重量比は1:0.25であった。
ナフサの導入位置は反応器の下部に位置づけられ、メタノールの導入位置は、反応器の下部から反応器の全長の20%、40%、60%および80%の間の位置で異なるように設定された。
反応器の入口温度は690℃であり、Cat/Oil比は25であった。
比較例1:
ここで、実施例1〜4で使用した循環流動層反応器を使用した。
この時、反応器に導入されたナフサは、軽質ナフサであり、軽質ナフサおよびメタノールの重量比は1:0.25であった。
ナフサおよびメタノールは反応器の下部に供給された。
反応器の入口温度は690℃であり、Cat/Oil比は25であった。
比較例2:
ここで、実施例1〜4で使用した循環流動層反応器を使用した。
この時、反応器に導入されたナフサは、軽質ナフサであり、メタノールは供給しなかった。
ナフサは、反応器の下部に供給された。
反応器の入口温度は690℃であり、Cat/Oil比は35であった。
実験例1:ナフサおよびメタノールの同時導入による熱中和の調査
本発明の触媒クラッキング反応プロセスによるナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応における熱中和を調査するために、比較例1に記載されたのと同じ手法で触媒クラッキング反応プロセスを実施した。メタノールを、軽質ナフサの重量に基づいて0重量%〜100重量%の変化量で供給した。反応器の入口と出口との間の温度差を観察した。結果を図2に示す。
図2に示されるように、軽質ナフサに対するメタノールの重量比が約60重量%であったときに、エネルギー消費ゼロの熱中和が起きたことが確認された。したがって、本発明の触媒クラッキング反応は、熱中和を確実にし、ナフサおよびメタノールを同時にクラックすることを可能にすることができた。
実験例2:異なるメタノール導入位置による効果の調査
本発明の触媒クラッキング反応プロセスにおけるメタノールの導入位置の違いによる変化を調査するために、実施例1〜4および比較例1〜2のプロセスを実施しながら、メタノールの収率、軽質オレフィンの収率、反応器の温度を分析した。結果を図3〜5に示す。
図3〜5に示されるように、軽質ナフサのみがクラッキングされた比較例2においては、反応器の温度(ΔT)は21℃であり、軽質オレフィンの収率は33.5重量%であった。一方で、メタノールの収率は約10重量%であった。
ナフサ(炭化水素)およびメタノールが同時にクラッキングされた比較例1においては、反応器の温度は減少したが、軽質オレフィンの収率は増加した。メタノールの収率は有意に13重量%まで増加した。
本発明の触媒クラッキング反応プロセスにおいてメタノール導入位置が調節された実施例1〜4では、メタノールの収率はほとんど増加されず、反応器の温度も同様に維持された。
特に、軽質オレフィン(エチレン+プロピレン)の収率は、最大で約40重量%であり、ナフサおよびメタノールが同時に反応器の下部に供給された場合に比べて15重量%増加した。

Claims (8)

  1. 反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を用いた、ナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスであって、ナフサを、反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置に供給し、メタノールを、反応器の底部から反応器の全長の15%〜45%の間の位置に供給する、前記プロセス。
  2. ナフサが、C〜C12の飽和炭化水素または不飽和炭化水素を含む、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  3. ナフサが、全種類のナフサ、軽質ナフサ、ラフィネート油およびそれらの混合物からなる群から選択される1以上の材料である、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  4. 触媒が、循環流動層反応器内で循環され、この時点で、触媒が、ZSM−5またはSAPO−34を触媒成分、バインダーおよびマトリックスとして含む直径20〜200μmの成形された球状または楕円形の触媒である、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  5. ナフサおよびメタノールの供給比率が、1重量部:0.2〜1.4重量部である、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  6. ナフサおよびメタノールのクラッキング反応が、600〜700℃の温度で、かつ空間速度5h−1〜30h−1で行われる、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  7. 反応器中のナフサおよびメタノールの滞留時間が1〜5秒である、請求項1に記載のナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセス。
  8. 反応器、ストリッパーおよび再生器を含む循環流動層反応器を使用してナフサおよびメタノールの同時クラッキング反応を伴うナフサおよびメタノールの混合触媒クラッキング反応プロセスにより軽質オレフィンの収率を増加させる方法であって、ナフサを反応器の底部から反応器の全長の0%〜5%の間の位置に供給し、メタノールを反応器の底部から反応器の全長の15%〜45%の間の位置に供給する、前記方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12012555B2 (en) 2019-08-05 2024-06-18 Sabic Global Technologies B.V. Turbulent/fast fluidized bed reactor with baffles to maximize light olefin yields
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WO2024108511A1 (zh) * 2022-11-24 2024-05-30 中国神华煤制油化工有限公司 一种石脑油和甲醇耦合制芳烃装置及方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6797851B2 (en) * 2001-08-30 2004-09-28 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Two catalyst process for making olefin
EP1508555A1 (en) 2003-08-19 2005-02-23 Total Petrochemicals Research Feluy Production of olefins
KR100632563B1 (ko) 2004-09-10 2006-10-09 에스케이 주식회사 접촉 분해용 고체산 촉매 및 이를 이용하여 전범위납사로부터 경질 올레핀을 선택적으로 제조하는 공정
KR100651329B1 (ko) 2005-10-07 2006-11-30 에스케이 주식회사 탄화수소 원료로부터 경질 올레핀을 제조하는 공정
CN1986505B (zh) 2005-12-23 2010-04-14 中国石油化工股份有限公司 一种增产低碳烯烃的催化转化方法
CN101130469B (zh) 2006-08-23 2011-04-13 中国科学院大连化学物理研究所 一种甲醇制取低碳烯烃过程中再生热量的回收方法
CN102531821B (zh) * 2010-12-28 2015-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 采用改性zsm-5分子筛催化剂催化甲醇耦合石脑油催化裂解反应的方法
CN102875285B (zh) * 2011-07-12 2015-12-09 中国石油化工股份有限公司 甲醇和轻石脑油催化转化为低碳烯烃的方法
CN102875304B (zh) 2011-07-12 2015-02-11 中国石油化工股份有限公司 甲醇和石脑油制备低碳烯烃的方法
CN102875299A (zh) * 2011-07-12 2013-01-16 中国石油化工股份有限公司 用甲醇和石脑油生产低碳烯烃的方法
WO2013121433A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Reliance Industries Ltd., A process for catalytic conversion of low value hydrocarbon streams to light olefins

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7260875B2 (ja) 2018-03-30 2023-04-19 日本バイリーン株式会社 フレキシブルサージ吸収シート、フレキシブルサージ吸収ユニット、フレキシブルサージ吸収装置、およびサージ測定装置

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